IEC představuje výzkum flexibilních krystalických křemíkových solárních článků vedený výzkumníkem Zhengxin Liu, místopředsedou Technické komise IEC 82. Ta připravuje normy pro solární fotovoltaické energetické systémy.
Ačkoli krystalické křemíkové solární články mají mnoho předností, včetně jejich množství materiálu, vysoké účinnosti přeměny energie a provozní stability, stejně jako vyspělého výrobního procesu, vždy se považovalo za samozřejmé, že je nelze použít ve flexibilních aplikacích kvůli křehkosti, charakteristické pro krystalické křemíkové destičky (obr. 1). Z tohoto důvodu jsou křemíková elektronická zařízení obvykle zapouzdřena tuhým sklem a/nebo zadními fóliemi. A to proto, aby vytvořily tradiční monofaciální nebo bifaciální fotovoltaické moduly. Tyto moduly představují více než 95 % dnešního fotovoltaického trhu.
Cesta ke skládacím křemíkovým plátkům
Jejich nízký poměr výkonu k hmotnosti však brání jejich instalaci na satelity, budovy, automobily, oblečení a na jiné zakřivené povrchy. Výzkumný tým vyvinul strategii výroby skládacích křemíkových plátků s malým poloměrem ohybu asi 4 mm. Při výrobě lehkých flexibilních amorfních-krystalických křemíkových heteropřechodových solárních článků se účinnost přeměny energie nezávisle kalibruje na více než 24 % (obr. 2). Když jsou články zapouzdřeny do velkého flexibilního solárního modulu (>10 000 cm2), dosáhla účinnost přeměny energie 22,8 %. Což je mnohem více než u jiných flexibilních protějšků vyrobených z cenově výhodných materiálů.
Ve srovnání se standardními bifaciálními moduly zapouzdřenými sklem se poměr hmotnosti a výkonu flexibilních bifaciálních modulů v tomto výzkumu snižuje asi o 95 %. Což potenciálně připravuje cestu pro velký elektronický trh s vlastním napájením v blízké budoucnosti.
Dlouhodobá stabilita se stává problémem
U flexibilních aplikací je třeba věnovat velkou pozornost jejich dlouhodobé stabilitě. Mikrotrhliny se například indukují během zapouzdření křemíkových modulu. Podrobnější zkoumání odhalí, že tyto mikrotrhliny se nacházejí na koncích pájecích pásků (umístěných na okrajích zařízení). To naznačuje, že maximální tlakové napětí se aplikuje, když se koncový bod pájecích pásků a povrch zařízení dostanou do kontaktu. To se potvrdilo analýzou konečných prvků pomocí softwaru COMSOL Multiphysics. Výzkumný tým navrhl otupit jehlany na okrajích plátku a převést ostré kanály ve tvaru V na zaoblené kanály ve tvaru U mezi povrchovými jehlany.
Rozložením napětí tato strategie snížila maximální napětí přibližně o jeden řád. Což umožnilo solárním článkům stát se odolnějšími vůči deformaci plátku a častým vibracím. Poloměr ohybu buňky velikosti M2 (156×156 mm) je menší než 8 mm. Když jsou zapouzdřeny do velkých modulů větších než 2 m2, lze je srolovat podobným způsobem jako tenkovrstvé moduly vyrobené z a-Si, organických látek, CIGS, CdTe a perovskitu (obr. 3). Nejméně kritický poloměr ohybu je menší než 5 cm, což znamená, že jsou vhodné pro mnoho speciálních aplikací. Tyto flexibilní solární křemíkové články jsou navíc volně stojící zařízení, na rozdíl od jiných tenkovrstvých článků uložených na drahých organických substrátech nebo nerezové oceli.
Výzkumná skupina demonstrovala aplikace pro vysokohorská vozidla ve výšce 10-100 km. V tomto rozsahu není kosmické záření ultrafialových paprsků a vysokoenergetických částic příliš náročné. Před budoucím nasazením se musí provést více experimentů, aby se odhadl dopad extrémnějších úkolů.
Vyžadují se normy a testování
V této studii výzkumný tým také poznamenává, že neexistují žádné podrobné testovací standardy pro flexibilní křemíkové fotovoltaické moduly. IEC Technical Committee 82, která připravuje normy pro solární FV energetické systémy, by mohla vést práci v této oblasti. Experimentální konfigurace pro vibrační testy se teprve určí. Parametry pro zkoušky ohybem zahrnují poloměr ohybu a dobu zadržení a další zkušební metody mohou zahrnovat elektroluminiscenci, fotoluminiscenci, analýzu proudového napětí a tak dále. Nakonec se doporučují zkoušky deformačního účinku, protože aplikovaná tahová síla může způsobit selhání zapouzdřovací hmoty a zničit konformní kontakty mezi zapouzdřovací látkou a povrchem článku, stejně jako konformní kontakty mezi pájecími proužky a povrchem článku.
Zhengxin Liu je odborníkem na materiály a zařízení solárních článků a technologii měření solárních článků. Mezi jeho současné výzkumné zájmy patří vysoce účinné krystalické křemíkové solární články, fyzika heterojunkčních struktur a také standardizace solárních článků. Předkládá shrnutí průlomového článku svého výzkumného týmu o flexibilních krystalických křemíkových solárních článcích, který se původně publikoval v časopise Nature.
International Electrotechnical Commission (IEC) je celosvětová, nezisková členská organizace, která sdružuje 174 zemí a koordinuje práci 30 000 odborníků po celém světě. Mezinárodní normy IEC a posuzování shody podporují mezinárodní obchod s elektrickým a elektronickým zbožím. Usnadňují přístup k elektřině a ověřují bezpečnost, výkon a interoperabilitu elektrických a elektronických zařízení a systémů, včetně například spotřebitelských zařízení, jako jsou mobilní telefony nebo chladničky, kancelářské a lékařské vybavení, informační technologie, výroba elektřiny a mnoho dalšího.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
